Натриевые аккумуляторы готовы заменить Li-ion

В ближайшее время на рынке могут появиться дешевые натриевые аккумуляторы, которые полностью заменят литий-ионные. Впервые за долгие годы "литиевой зависимости" у промышленности появился шанс избавиться от дорогих и токсичных аккумуляторов.

Команда ученых под руководством профессора Йонг Ли (Yong Lei) из Технического университета Ильменау в Германии преодолела основной недостаток очень перспективного натрий-ионного (Na-ion) аккумулятора. Теперь по емкости, времени заряда и мощности натрий-ионный аккумулятор сравним с лучшими литий-ионными, но при этом намного дешевле и безопаснее.

Натрий-ионные аккумуляторы — один из самых перспективных кандидатов на замену Li-ion. Вопрос перехода на новые типы аккумуляторов назрел давно. Для прогресса в различных областях, особенно в автомобилестроении, нужны дешевые и емкие аккумуляторы, а литий дорожает год от года, к тому же он химически очень активен и пожароопасен.

Натрий-ионные аккумуляторы для переноса заряда используют ионы натрия, а не лития

Аккумуляторы Na-ion работают по тому же принципу, что и литий-ионные: натрий так же хорошо теряет электроны и отлично подходит для создания анода. Однако у батарей Na-ion есть серьезный недостаток — очень долгое время заряда и разряда, то есть такие батареи принимают и отдают слишком слабый ток, мощности которого не хватает для, например, вращения автомобильного электродвигателя.

Проблема состоит в размере ионов натрия, которые на 25% больше, чем у лития. Из-за этого ионы медленно перемещаются и с трудом встраиваются в кристаллическую структуру электродов. До сих пор эта проблема казалась нерешаемой, ведь уменьшить размеры ионов натрия нельзя, но ученые нашли способ обойти данный барьер.

Новый аккумулятор имеет электроды, собранные из множества слоев, причем между слоями большой зазор, по которому, как по автобану, быстро передвигаются крупные ионы натрия. Это позволяет быстро вводить электроны в решетку электродов (т.е. быстро заряжать аккумулятор), а также быстро извлекать их оттуда (разряжать). Производительность нового аккумулятора высока: плотность тока в 1000 раз выше (10 А/г против 10 мА/г), чем у большинства других натрий-ионных аккумуляторов.

Новый аккумулятор имеет большую емкость при максимальных токах: (72 мА·ч/г). При промежуточных значениях плотности тока (1 А/г), новый аккумулятор показывает впечатляющую емкость до 160 мА·ч/г, что сравнимо с лучшими литий-ионными аккумуляторами. Долговечность Na-ion тоже на высоте: до 400 циклов заряд/разряд при сохранении 70% емкости. Проще говоря, для электромобиля с запасом хода в 200 км на одной заправке срок службы батареи составит 5-10 лет без заметного ухудшения характеристик.

В настоящее время ученые сосредоточились на совершенствовании конструкций натрий-ионных аккумуляторов, прежде всего на подборе оптимальной конструкции электрода и поиске экологически чистых материалов. После завершения этой работы, можно будет говорить о начале коммерциализации новой технологии.